¿Qué es el ensayo de curvatura?

El ensayo de curvatura, algunas veces llamado ensayo de flexión o ensayo de viga transversal, mide el comportamiento de los materiales sometidos a carga de viga simple. Con frecuencia se realiza en materiales relativamente flexibles como polímeros, madera y compuestos. En el nivel más básico, un ensayo de curvatura se realiza en una máquina universal de ensayo al colocar un espécimen en dos yunques de soporte y se curva con una fuerza aplicada en 1 o 2 yunques de carga a fin de medir sus propiedades.

Ensayo de curvatura de Instron

 

Los ensayos de curvatura o flexión aplican fuerza con un yunque único superior en el punto medio, que es un ensayo de curvatura de 3 puntos, o dos yunques superiores equidistantes del centro, un ensayo de curvatura de 4 puntos. En un ensayo de 3 puntos, el área de esfuerzo uniforme es bastante pequeña y está concentrada debajo del punto de carga central. En un ensayo de 4 puntos, el área de esfuerzo uniforme existe entre los puntos interiores del espacio de carga (generalmente la mitad de la longitud del espacio exterior). Según el tipo de material que se ensaye, hay muchos accesorios de flexión diferentes que pueden ser adecuados.

accesorios del ensayo de flexión

¿Por qué se realiza un ensayo de curvatura? 

Frecuentemente los ingenieros desean comprender varios aspectos del comportamiento del material, pero es posible que un ensayo simple de tensión uniaxial o compresión no ofrezca toda la información necesaria. A medida que el espécimen se curva o flexiona, se somete a una combinación compleja de fuerzas, incluidas tensión, compresión y cortante. Por este motivo, el ensayo de curvatura se usa habitualmente para evaluar la reacción de los materiales a situaciones de carga realistas. Los datos del ensayo de flexión pueden ser especialmente útiles cuando un material se usará como estructura de soporte. Por ejemplo, una silla de plástico debe ofrecer soporte en muchas direcciones. Aunque las patas se someten a compresión cuando se usa, el asiento necesitará soportar fuerzas de flexión aplicadas por la persona sentada. Los fabricantes no solo quieren suministrar un producto que pueda soportar las cargas esperadas, el material también necesita regresar a su forma original si se produce cualquier flexión.

Cómo realizar un ensayo y calcular los resultados

Los ensayos de curvatura generalmente se realizan en una máquina universal de ensayo usando un accesorio de curvatura de 3 o 4 puntos. Las variables como la velocidad del ensayo y las dimensiones del espécimen se determinan según la norma ASTM o ISO que se utiliza. En general, los especímenes son rígidos y pueden estar fabricados con diversos materiales como plástico, metal, madera y cerámica. Las formas más comunes son barras rectangulares y especímenes de forma cilíndrica.

Un ensayo de curvatura produce esfuerzo de tracción en el lado convexo del espécimen y esfuerzo de compresión en el lado cóncavo. Esto crea un área de esfuerzo cortante en toda la línea media. Para garantizar que la falla principal proviene del esfuerzo de tracción o compresión, el esfuerzo cortante debe minimizarse al controlar el coeficiente de espacio a profundidad, la longitud del espacio exterior dividido por la altura (profundidad) del espécimen. Para la mayor parte de los materiales, S/d = 16 es aceptable. Algunos materiales requieren S/d = 32 a 64 para mantener el esfuerzo cortante lo suficientemente bajo.  

El esfuerzo máximo de fibra y la deformación máxima se calculan con incrementos de carga. Los resultados se usan para esbozar un diagrama de deformación por esfuerzo. La resistencia a la flexión se define como el esfuerzo máximo en la fibra más externa. Esto se calcula en la superficie del espécimen en el lado convexo o de tensión. El módulo de flexión es calcula en la pendiente del esfuerzo frente a la curva de deflexión. Si la curva no tiene región lineal, se adapta una línea secante a la curva para determinar la pendiente. 

ensayo de flexión

Los valores calculados como fuerza máxima y extensión máxima pueden registrarse al igual que un ensayo normal de tensión o compresión con base en la celda de carga y las lecturas de extensión. Los valores de esfuerzo y deformación se calculan de manera diferente, dado que incorporan el espacio de soporte del accesorio de flexión y el espacio de carga (para el ensayo de curvatura de 4 puntos). Es igualmente importante registrar estas mediciones, al igual que registrar correctamente las dimensiones del espécimen. Una vez que se ingresan estos valores en Bluehill Universal, se estiman automáticamente los cálculos como el módulo de flexión cuando se solicite.

Ingreso del accesorio de ensayo de flexión en Bluehill Universal

Materiales típicos 

Polímeros 

Los polímeros se ensayan comúnmente con un ensayo de curvatura de 3 puntos. La deflexión del espécimen generalmente se mide por la posición de la cruceta y los resultados del ensayo incluyen resistencia a la flexión y módulo de flexión.

Madera y compuestos 

La madera y los compuestos comúnmente se ensayan con el ensayo de curvatura de 4 puntos. El ensayo de 4 puntos requiere que un deflectómetro mida con exactitud la deflexión del espécimen en el centro del espacio de soporte. Los resultados del ensayo incluyen resistencia a la flexión y módulo de flexión. 

Materiales quebradizos 

Cuando se realiza un ensayo de curvatura de 3 puntos en un material quebradizo como la cerámica o el hormigón, la resistencia a la flexión se denomina habitualmente módulo de ruptura (MOR). Este ensayo ofrece datos de resistencia a la flexión únicamente, no rigidez (módulo). El ensayo de 4 puntos también puede usarse en materiales quebradizos, aunque la alineación del soporte y los yunques de carga son esenciales en estos casos, y el accesorio de ensayo para estos materiales generalmente tiene yunques de alineación automática.

Normas comunes de ASTM e ISO del ensayo de flexión

  • ASTM D790 : métodos estándar de ensayo para propiedades de flexión de plásticos reforzados y no reforzados y materiales de aislamiento eléctrico.
  • ISO 178: determinación de propiedades de flexión de plásticos
  • ASTM A370: ensayo de tracción y ensayo de curvatura en barra de refuerzo de acero